JP2019078560A - Gyro sensor offset correcting device, offset correction program, and pedestrian autonomous navigation device - Google Patents

Gyro sensor offset correcting device, offset correction program, and pedestrian autonomous navigation device Download PDF

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Abstract

To provide a gyro sensor offset correcting device with which it is possible to correct the offset value of a gyro sensor in real time.SOLUTION: An offset correcting device (1) of a gyro sensor (2) comprises: an acceleration sensor (3); a geomagnetic sensor (4); a quiescence determination unit (12) for determining whether or not the gyro sensor (2) is in a quiescent state using the output value of the acceleration sensor (3) and the output value of the geomagnetic sensor (4); a difference calculation unit (13) for calculating the offset value of the gyro sensor (2) using the output value of the gyro sensor (2); and an offset value updating unit (14) for taking the offset value calculated by the difference calculation unit (13) using the output value of the gyro sensor (2) that is determined to be in a quiescent state by the quiescence determination unit (12), as a new offset value of the gyro sensor (2).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ジャイロセンサのオフセット補正に関する。   The present invention relates to offset correction of a gyro sensor.

ジャイロセンサは、角速度を検出することができるセンサであり、従来、船や航空機、ロケットの自立航法用途に用いられている。また、近年では、ジャイロセンサの小型省電力化により、スマートフォンやゲームコントローラ、ロボット、デジタルカメラの手ぶれ補正、カーナビなど民生機器にも広く利用されている。中でも民生機器向けのジャイロセンサは振動式ジャイロセンサと呼ばれ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を使用して小型省電力化が進んでいる。   A gyro sensor is a sensor capable of detecting an angular velocity, and is conventionally used in a self-contained navigation application of a ship, an aircraft, or a rocket. Also, in recent years, due to the small power saving of the gyro sensor, it is widely used for consumer devices such as smartphones, game controllers, robots, shake correction of digital cameras, car navigation systems and the like. Above all, a gyro sensor for consumer equipment is called a vibration type gyro sensor, and the miniaturization and power saving are progressing using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology.

このような振動式ジャイロセンサにはオフセット値が存在するため、オフセット補正（角速度オフセット補正）を行う必要がある。オフセット値が一定であれば問題ないが、振動式ジャイロセンサの場合、ＭＥＭＳを振動させることにより熱が発生し、オフセット値が温度ドリフトする。しかもドリフト量は一定ではなく、個体差および軸によって極性も大きさも異なる。ジャイロセンサにて検出された角速度は積分して用いられるため、正確なオフセット値を求めることが重要になる。   Since an offset value exists in such a vibration type gyro sensor, it is necessary to perform offset correction (angular velocity offset correction). There is no problem if the offset value is constant, but in the case of a vibration type gyro sensor, heat is generated by vibrating the MEMS, and the offset value causes temperature drift. Moreover, the drift amount is not constant, and the polarity and the magnitude also differ depending on the individual difference and the axis. Since the angular velocity detected by the gyro sensor is integrated and used, it is important to obtain an accurate offset value.

ジャイロセンサのオフセット補正に関する従来技術として、例えば特許文献１，２がある。特許文献１には、ジャイロセンサからの出力値（角速度値）を蓄積し、コーナー位置を特定してコーナーとコーナーの間を直線であると仮定して、当該区間で直線になるように補正値を算出し、蓄積した出力値を再計算する技術が開示されている。特許文献２には、温度に基づいていくつかの補正値候補を生成し、それぞれについて移動動作の方位角を計算して出現頻度のヒストグラムから最適な補正値を選ぶ技術が開示されている。   There are patent documents 1 and 2 as a prior art about offset amendment of a gyro sensor, for example. In Patent Document 1, the output value (angular velocity value) from the gyro sensor is accumulated, the corner position is specified, and it is assumed that the corner is a straight line, and the correction value is set to be straight in the section. A technique is disclosed for calculating and recalculating the accumulated output value. Patent Document 2 discloses a technique of generating several correction value candidates based on temperature, calculating an azimuth angle of a movement operation for each, and selecting an optimum correction value from a histogram of appearance frequency.

特開２０１４−９８６１３号公報JP, 2014-98613, A 国際公開第２０１４/１８５４４４号パンフレットWO 2014/185444 pamphlet

しかしながら、上述のような従来技術には、以下のような問題がある。   However, the prior art as described above has the following problems.

特許文献１に記載の技術によれば、少なくともコーナーから次のコーナーまでの区間の角速度値を蓄積して再計算するため、リアルタイム性に欠ける。また、屋内で通路をまっすぐ歩くことを前提としており、緩やかに曲がっている通路や左右に振れながら進んだ場合には正しいオフセット値を算出できない。   According to the technique described in Patent Document 1, since the angular velocity values of at least the section from the corner to the next corner are accumulated and recalculated, the real time property is lacking. In addition, it is assumed that the user walks the aisle indoors, and the correct offset value can not be calculated in the case of a gently curved aisle or when traveling while swinging to the left and right.

特許文献２に記載の技術によれば、上記同様に角速度値を蓄積する必要がありリアルタイム性に欠ける。また、補正値候補として温度に依存したテーブルを用いるため、機器毎にテーブルを作成する必要がある。さらに、移動方向に０度、±４５度、±９０度、±１３５度、１８０度など制限を設けており、限定された空間内で通路に対してまっすぐ歩くことを前提としている。そのため、必ずしも正確なオフセット値を選択できているとは限らない。   According to the technique described in Patent Document 2, it is necessary to accumulate angular velocity values as described above, and the real time property is lacking. In addition, since a table dependent on temperature is used as a correction value candidate, it is necessary to create a table for each device. Furthermore, restrictions such as 0 degree, ± 45 degrees, ± 90 degrees, ± 135 degrees, and 180 degrees are provided in the moving direction, and it is assumed that the user walks straight to the passage in a limited space. Therefore, it is not always possible to select an accurate offset value.

本発明の一態様は、上記課題を鑑みなされたもので、ジャイロセンサの出力値を蓄積して遡って補正するのではなく、リアルタイムでジャイロセンサのオフセット値を補正することができるジャイロセンサのオフセット補正装置を実現することを目的とする。   One aspect of the present invention is made in view of the above problems, and an offset of a gyro sensor capable of correcting an offset value of the gyro sensor in real time, instead of accumulating the output value of the gyro sensor and retroactively correcting it. It aims at realizing a correction device.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、加速度センサと、地磁気センサと、前記加速度センサの出力値と前記地磁気センサの出力値とを用いて前記ジャイロセンサが静止状態であるか否かを判定する静止判定部と、前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部と、前記静止判定部にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサの新たなオフセット値とするオフセット値更新部とを備える。   In order to solve the above-mentioned subject, the offset amendment device of the gyro sensor concerning one mode of the present invention uses the acceleration sensor, the geomagnetic sensor, the output value of the acceleration sensor, and the output value of the geomagnetic sensor. A stationary determination unit that determines whether or not the gyro sensor is stationary, an offset value calculation unit that calculates an offset value of the gyro sensor using an output value of the gyro sensor, and a stationary state using the stationary determination unit And an offset value updating unit that sets the offset value calculated by the offset value calculation unit using the output value of the gyro sensor determined to be the new offset value of the gyro sensor.

本発明の一態様によれば、ジャイロセンサの出力値を蓄積して遡って補正するのではなく、リアルタイムでジャイロセンサのオフセット値を補正することができるジャイロセンサのオフセット補正装置を提供することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a gyro sensor offset correction device capable of correcting the gyro sensor offset value in real time, instead of accumulating the gyro sensor output value and performing retroactive correction. it can.

本発明の実施形態に係る角速度オフセット補正装置のブロック図である。It is a block diagram of an angular velocity offset amendment device concerning an embodiment of the present invention. センサ軸と絶対座標軸の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a sensor axis and an absolute coordinate axis. 本発明の実施形態に係る差分計算の方法を示した図である。It is the figure which showed the method of the difference calculation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静止判定計算の方法を示した図である。It is a figure showing the method of the stillness judging calculation concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るオフセット補正値更新の方法を示した図である。It is a figure showing the method of offset amendment value updating concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るオフセット値補正のフローチャートである。5 is a flowchart of offset value correction according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る別の角速度オフセット補正装置のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of another angular velocity offset correction device according to an embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に係るカルマンフィルタの計算方法を示した図である。It is a figure showing a calculation method of a Kalman filter concerning another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に係るオフセット値補正のフローチャートである。7 is a flowchart of offset value correction according to another embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る歩行者自律航法装置のブロック図である。It is a block diagram of a pedestrian autonomous navigation system concerning an embodiment of the present invention.

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。 Embodiment 1
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

（オフセット補正装置１の構成）
図１は、本発明の実施形態に係るオフセット補正装置１のブロック図である。図１に示すように、オフセット補正装置１は、ハードウェアとして、ジャイロセンサ２、加速度センサ３、地磁気センサ４およびマイクロコントローラ１０を備えている。 (Configuration of offset correction device 1)
FIG. 1 is a block diagram of an offset correction device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the offset correction device 1 includes a gyro sensor 2, an acceleration sensor 3, a geomagnetic sensor 4 and a microcontroller 10 as hardware.

ジャイロセンサ２は振動式ジャイロセンサであり、角速度を測定して角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を出力する。加速度センサ３は加速度を測定して加速度値（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を出力する。地磁気センサ４は地磁気を測定して地磁気値（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を出力する。ジャイロセンサ２、加速度センサ３および地磁気センサ４は、実施形態３に示す歩行者自律方向装置等の同一装置に搭載されており一体で移動する。   The gyro sensor 2 is a vibration type gyro sensor, which measures angular velocity and outputs angular velocity values (Gx, Gy, Gz). The acceleration sensor 3 measures acceleration and outputs acceleration values (Ax, Ay, Az). The geomagnetic sensor 4 measures geomagnetism and outputs geomagnetic values (Mx, My, Mz). The gyro sensor 2, the acceleration sensor 3 and the geomagnetic sensor 4 are mounted on the same device such as the pedestrian autonomous direction device shown in the third embodiment and move integrally.

マイクロコントローラ１０には、ジャイロセンサ２から出力された角速度値、加速度センサ３から出力された加速度値、および地磁気センサ４から出力された地磁気値が入力される。マイクロコントローラ１０は、入力されたこれらの値を用いて、ジャイロセンサ２のオフセット値を求め、ジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を更新する。   The angular velocity value output from the gyro sensor 2, the acceleration value output from the acceleration sensor 3, and the geomagnetic value output from the geomagnetic sensor 4 are input to the microcontroller 10. The microcontroller 10 obtains the offset value of the gyro sensor 2 using these input values, and updates the offset value (angular velocity offset value) of the gyro sensor 2.

マイクロコントローラ１０内における処理はソフトウェアで実現され、内部には、姿勢計算部１１、静止判定部１２、差分計算部（オフセット値算出部）１３およびオフセット値更新部１４が構築される。   The processing in the microcontroller 10 is realized by software, and an attitude calculation unit 11, a stillness determination unit 12, a difference calculation unit (offset value calculation unit) 13, and an offset value update unit 14 are built inside.

姿勢計算部１１は、加速度センサ３から出力された加速度値、地磁気センサ４から出力される地磁気値を用いてジャイロセンサ２のオイラー角を算出する。   The attitude calculation unit 11 calculates the Euler angle of the gyro sensor 2 using the acceleration value output from the acceleration sensor 3 and the geomagnetic value output from the geomagnetic sensor 4.

差分計算部１３は、ジャイロセンサの出力値を用いてジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部である。差分計算部１３は、ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間の変化量と、ジャイロセンサ２の出力値（加速度値）を一定時間積分した値との差、を一定時間で割った値をオフセット値として算出する。   The difference calculation unit 13 is an offset value calculation unit that calculates the offset value of the gyro sensor using the output value of the gyro sensor. The difference calculation unit 13 is an offset value obtained by dividing a difference between a constant time change amount of the Euler angle of the gyro sensor 2 and a value obtained by integrating an output value (acceleration value) of the gyro sensor 2 for a predetermined time by a predetermined time. Calculated as

静止判定部１２は、加速度センサ３から出力される加速度値と地磁気センサ４から出力される地磁気値との両方を用いてジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定する。静止判定部１２は、加速度値と地磁気値とを用いて求められたジャイロセンサ２のオイラー角を用い、一定時間におけるオイラー角の変化量からジャイロセンサ２の静止状態を判定する。   The stationary state determination unit 12 uses both the acceleration value output from the acceleration sensor 3 and the geomagnetic value output from the geomagnetic sensor 4 to determine whether the gyro sensor 2 is in a stationary state. The stationary state determination unit 12 determines the stationary state of the gyro sensor 2 from the change amount of the Euler angle in a fixed time using the Euler angle of the gyro sensor 2 obtained using the acceleration value and the geomagnetic value.

オフセット値更新部１４は、ジャイロセンサ２のオフセット値を更新するものである。オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にて静止状態であると判定されたジャイロセンサ２の出力値を用いて差分計算部１３にて算出されたオフセット値をジャイロセンサ２の新たなオフセット値とする。   The offset value update unit 14 updates the offset value of the gyro sensor 2. The offset value update unit 14 uses the output value of the gyro sensor 2 determined to be in the stationary state by the stationary state determination unit 12 to calculate the offset value calculated by the difference calculation unit 13 as the new offset value of the gyro sensor 2 I assume.

（姿勢計算部１１のオイラー角の計算）
図２は、センサ軸と絶対座標軸との関係を示す図である。図２を用いて姿勢計算部１１によるオイラー角の計算方法を説明する。図２に示すように、オイラー角は３つの角度の組で表され、センサＸ（sensor-Ｘ）軸周りの回転をロール角（roll）、センサＹ（sensor-Ｙ）軸周りの回転をピッチ角（pitch）、センサＺ（sensor-Ｚ）軸周りの回転をヨー角（yaw）とする。加速度値が垂直方向下を指すことを利用して、次式のように、加速度値（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を用いて第１オイラー角（roll，pitch，yaw）を計算することができる。 (Calculation of Euler angle by posture calculation unit 11)
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between sensor axes and absolute coordinate axes. A method of calculating the Euler angle by the posture calculation unit 11 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the Euler angles are represented by a set of three angles, and the rotation around the sensor X (sensor-X) axis is a roll angle, and the rotation around the sensor Y (sensor-Y) axis is a pitch The rotation about the sensor Z (sensor-Z) axis is taken as the yaw angle (yaw). The first Euler angles (roll, pitch, yaw) can be calculated using the acceleration values (Ax, Ay, Az) using the fact that the acceleration values point downward in the vertical direction, as in the following equation.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

姿勢計算部１１は、ヨー角については地磁気値を用いても算出する。地磁気値が磁北を指すことを利用して、地磁気値よりヨー角を求めることができる。但し、磁北方向は垂直下向きの成分をもつ（伏角）ので、ＸＹ平面に写像して計算する。地磁気値（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を用いてヨー角（yaw）を求める式を以下に示す。   The attitude calculation unit 11 calculates the yaw angle also using the geomagnetic value. The yaw angle can be determined from the geomagnetic value by using the fact that the geomagnetic value indicates magnetic north. However, since the magnetic north direction has a vertically downward component (inclination angle), it is calculated by mapping on the XY plane. An equation for determining the yaw angle (yaw) using the geomagnetic values (Mx, My, Mz) is shown below.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

加速度値を用いて求めたヨー角（yaw）と区別するために、地磁気値を用いて求めたヨー角はヨー角（yawm）と記載する。また、以降、加速度値を用いて算出されたオイラー角を第１オイラー角と称し、加速度値を用いて算出されたロール角（roll），ピッチ角（pitch）と、地磁気値を用いて求めたヨー角（yawm）とを含むオイラー角（roll，pitch，yawm）を第２オイラー角と称する。 In order to distinguish from the yaw angle (yaw) obtained using the acceleration value, the yaw angle obtained using the geomagnetic value is described as a yaw angle (yaw m ). Also, hereinafter, the Euler angle calculated using the acceleration value is referred to as the first Euler angle, and it is calculated using the roll angle (pitch) calculated using the acceleration value and the geomagnetic value. An Euler angle (roll, pitch, yaw m ) including the yaw angle (yaw m ) is referred to as a second Euler angle.

（差分計算部１３の差分計算）
図３は、差分計算部１３による差分計算の方法を示す図である。図３に示すように、差分計算部１３は、ジャイロセンサ２から出力される角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまで積分してオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を求める。また、差分計算部１３は、姿勢計算部１１にて算出された第１オイラー角（roll，pitch，yaw）を用いて、時刻ｔの時の第１オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）を求める。 (Difference calculation of difference calculation unit 13)
FIG. 3 is a diagram showing a method of difference calculation by the difference calculation unit 13. As shown in FIG. 3, the difference calculation unit 13 integrates the angular velocity values (Gx, Gy, Gz) output from the gyro sensor 2 from time t to time t + Δt, and changes the Euler angle change (Wx, Wy, Wz). Ask for Further, the difference calculation unit 13 uses the first Euler angles (roll, pitch, yaw) calculated by the posture calculation unit 11 to generate the first Euler angle at time t and the first Euler angle at time t + Δt. The difference between the angles (Δroll, Δpitch, Δyaw) is determined.

求めたオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）とオイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）とは、ジャイロセンサ２にオフセット（角速度オフセット）がなければ一致すが、オフセットがあるために差が生じる。ここで、Δｔは短い時間であるため、その間のオフセット値は一定であると仮定して上記の差をΔｔで割った値をオフセット値とできる。上記Δｔは、例えば１００ｍｓである。   The calculated Euler angle change amount (Wx, Wy, Wz) and the difference between the Euler angles (Δroll, Δpitch, Δyaw) will match if there is no offset (angular velocity offset) in the gyro sensor 2, but there is an offset. Will occur. Here, since Δt is a short time, assuming that the offset value therebetween is constant, a value obtained by dividing the above difference by Δt can be used as the offset value. The Δt is, for example, 100 ms.

つまり、差分計算部１３は、オイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）と第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）との差を求め、求めた差（Ｗｘ−Δroll，Ｗｙ−Δpitch，Ｗｚ−Δyaw）をΔｔで割った値（（Ｗｘ−Δroll）/Δｔ，（Ｗｙ−Δpitch）/Δｔ，（Ｗｚ−Δyaw）/Δｔ）をオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）とする。   That is, the difference calculation unit 13 obtains the difference between the Euler angle change amount (Wx, Wy, Wz) and the difference (Δroll, Δpitch, Δyaw) between the first Euler angles, and the calculated difference (Wx−Δroll, Wy−Δpitch). , Wz−Δyaw) divided by Δt ((Wx−Δroll) / Δt, (Wy−Δpitch) / Δt, (Wz−Δyaw) / Δt) is taken as an offset value (offset_x, offset_y, offset_z).

（静止判定部の静止判定計算）
図４は、静止判定部１２による静止判定計算の方法を示す図である。図４に示すように、静止判定部１２は、姿勢計算部１１において算出された第２オイラー角（roll，pitch，yawm）を用いて、時刻ｔの時の第２オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyawｍ）を求める。そして、静止判定部１２は、求めた差分（Δroll，Δpitch，Δyawｍ）が十分に小さい場合、ジャイロセンサ２は静止状態であると判定する。求めた差分が例えば１°である場合に、十分に小さいと判定する。 (Calculation of stationary determination of stationary determination unit)
FIG. 4 is a diagram showing a method of stationary determination calculation by the stationary determination unit 12. As shown in FIG. 4, the stillness determination unit 12 uses the second Euler angles (roll, pitch, yaw m ) calculated by the posture calculation unit 11 to calculate the second Euler angle at time t and the time t + Δt. The difference (Δroll, Δpitch, Δyaw m ) of the second Euler angles is calculated. Then, when the calculated differences (Δroll, Δpitch, Δyaw m ) are sufficiently small, the stationary state determination unit 12 determines that the gyro sensor 2 is in the stationary state. When the calculated difference is, for example, 1 °, it is determined that the difference is sufficiently small.

（オフセット値更新部の更新方法）
図５は、オフセット値更新部１４によるオフセット値更新の方法を示す図である。図５に示すように、オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にてジャイロセンサ２が静止状態であると判定されると、姿勢計算部１１にて算出されたオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を用いてジャイロセンサ２のオフセット値を更新する。静止状態でないと判定された時は、オフセット値の更新は行わない。 (How to update the offset value update unit)
FIG. 5 is a diagram showing a method of updating the offset value by the offset value update unit 14. As shown in FIG. 5, when the offset determination unit 12 determines that the gyro sensor 2 is in the stationary state, the offset value update unit 14 calculates the offset value (offset_x, offset_y, The offset value of the gyro sensor 2 is updated using offset_z). The offset value is not updated when it is determined not to be stationary.

（オフセット値補正の処理手順）
図６は、オフセット補正装置１におけるオフセット値補正のフローチャートである。図６に示すように、マイクロコントローラ１０は、加速度センサ３から出力される加速度値を用いた第１オイラー角と、地磁気センサ４から出力される地磁気値を用いて求めたヨー角（yawｍ）を含む第２オイラー角とを算出する（Ｓ１、Ｓ２）。Ｓ１、Ｓ２の順は逆でも同時でもよい。 (Processing procedure for offset value correction)
FIG. 6 is a flowchart of offset value correction in the offset correction device 1. As shown in FIG. 6, the microcontroller 10 determines a yaw angle (yaw m ) determined using the first Euler angle using the acceleration value output from the acceleration sensor 3 and the geomagnetic value output from the geomagnetic sensor 4. And the second Euler angles including S.sub.1 and S.sub.2 (S1, S2). The order of S1 and S2 may be reversed or simultaneous.

次に、マイクロコントローラ１０は、時刻ｔの時の第１オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）と、ジャイロセンサ２から出力される角速度値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまで積分してオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を求める（Ｓ３，Ｓ４）。Ｓ３、Ｓ４の順は逆でも同時でもよい。次に、マイクロコントローラ１０は、Ｓ３、Ｓ４で求めたオイラー角変化量（Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）と第１オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyaw）との差を求め、求めた差をΔｔで割った値をオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）とする（Ｓ５）。   Next, the microcontroller 10 calculates the difference between the first Euler angle at time t and the first Euler angle at time t + Δt (Δroll, Δpitch, Δyaw) and the angular velocity value (Gx, Gyr and Gz) are integrated from time t to time t + Δt to obtain Euler angle change amounts (Wx, Wy, Wz) (S3, S4). The order of S3 and S4 may be reversed or simultaneous. Next, the microcontroller 10 obtains the difference between the Euler angle change amount (Wx, Wy, Wz) obtained in S3 and S4 and the difference (Δroll, Δpitch, Δyaw) between the first Euler angles, and the obtained difference is Δt The value obtained by dividing by is taken as the offset value (offset_x, offset_y, offset_z) (S5).

次に、マイクロコントローラ１０は、時刻ｔの時の第２オイラー角と時刻ｔ＋Δｔの時の第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyawｍ）を求め（Ｓ６）、求めた第２オイラー角の差分（Δroll，Δpitch，Δyawｍ）が十分に小さいか否かを判定する（Ｓ７）。
Ｓ７において、十分に小さい場合に、静止状態であると判定し、Ｓ８に進んでＳ５で算出されたオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を用いてジャイロセンサ２のオフセット値を更新し、Ｓ１に戻る。一方、Ｓ７において、十分に小さくない場合は、静止状態ではないと判定し、Ｓ８に進むことなくＳ１に戻る。 Next, the microcontroller 10 determines the difference (Δroll, Δpitch, Δyaw m ) between the second Euler angle at time t and the second Euler angle at time t + Δt (S6), and determines the calculated second Euler angle It is determined whether the difference (Δroll, Δpitch, Δyaw m ) is sufficiently small (S7).
In S7, if it is sufficiently small, it is determined that it is in a stationary state, the process proceeds to S8, and the offset value of the gyro sensor 2 is updated using the offset value (offset_x, offset_y, offset_z) calculated in S5, and Return. On the other hand, in S7, when not small enough, it determines with not being in a still state, returns to S1 without progressing to S8.

なお、Ｓ６は、上記Ｓ３−Ｓ５よりも先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。また、Ｓ６、Ｓ７を先に行い、Ｓ７で静止状態であると判定した場合に、Ｓ３−Ｓ５を行い、Ｓ８に進んでもよい。   In addition, S6 may be performed before said S3-S5, and may be performed simultaneously. Alternatively, S6 and S7 may be performed first, and if it is determined in S7 that the camera is in the stationary state, S3-S5 may be performed and the process may proceed to S8.

（実施形態の効果）
以上のように、本実施形態に係るオフセット補正装置１においては、加速度センサ３から出力される加速度値と地磁気センサ４から出力される地磁気値とを用いてジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定し、ジャイロセンサ２が静止状態である場合に、静止状態のジャイロセンサ２から出力される角速度値を用いてジャイロセンサのオフセット値を求め、オフセット値を補正する。 (Effect of the embodiment)
As described above, in the offset correction device 1 according to the present embodiment, whether or not the gyro sensor 2 is in a stationary state using the acceleration value output from the acceleration sensor 3 and the geomagnetic value output from the geomagnetic sensor 4 If the gyro sensor 2 is in the stationary state, the offset value of the gyro sensor is obtained using the angular velocity value output from the gyro sensor 2 in the stationary state, and the offset value is corrected.

これにより、ジャイロセンサ２の出力値を蓄積することなく、リアルタイムにジャイロセンサのオフセット値を補正することができる。   Thus, the offset value of the gyro sensor can be corrected in real time without accumulating the output value of the gyro sensor 2.

上記構成においては、静止判定部１２は、地磁気値を用いて算出されたヨー角（yawm）を含む第２オイラー角を用いてジャイロセンサ２の静止状態を判定する。加速度値より求めたヨー角（yaw）では、垂直軸に対しての回転動作を検出することができないが、静止判定には地磁気値より求めたヨー角(yaw)を用いているので、精度の高い静止判定が可能となる。 In the above configuration, the stationary state determination unit 12 determines the stationary state of the gyro sensor 2 using the second Euler angle including the yaw angle (yaw m ) calculated using the geomagnetic value. Although the yaw angle (yaw) determined from the acceleration value can not detect the rotational movement about the vertical axis, it uses the yaw angle (yaw) determined from the geomagnetic value for stationary determination. High stationary determination is possible.

また、上記構成において、差分計算部１３は、ジャイロセンサ２の出力値を用いてジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を算出するにあたり、ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量と、ジャイロセンサの出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差、を一定時間（Δｔ）で割った値をジャイロセンサ２のオフセット値として算出している。   Further, in the above configuration, when the difference calculation unit 13 calculates the offset value (angular velocity offset value) of the gyro sensor 2 using the output value of the gyro sensor 2, the difference between the constant time (Δt) of the Euler angle of the gyro sensor 2 is calculated. A value obtained by dividing the difference between the change amount and the value obtained by integrating the output value of the gyro sensor for a predetermined time (Δt) by the predetermined time (Δt) is calculated as the offset value of the gyro sensor 2.

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであるが実際にはノイズが含まれており、静止状態のジャイロセンサからの出力値＝オフセット値とはならない。上記構成のように、オイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量とジャイロセンサの出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差をとることで、ノイズ成分を除くことができる。   Although the output value from the stationary state gyro sensor 2 should be zero if there is no offset value, it actually contains noise, and the output value from the stationary state gyro sensor = offset value It does not. As in the above configuration, the noise component can be removed by taking the difference between the amount of change for a fixed time (Δt) of the Euler angle and the value obtained by integrating the output value of the gyro sensor for a fixed time (Δt).

また、絶対座標（重力方向上下、東西南北）に対する装置のオイラー角を使用せずにセンサ軸の座標系を使用しているため、上記差を一定時間（Δｔ）で割ることで、ジャイロセンサのオフセット値を求めることができる。   In addition, since the coordinate system of the sensor axis is used without using the Euler angles of the device with respect to absolute coordinates (vertical direction, up and down, east and west, north and south), the difference is divided by a fixed time (Δt). The offset value can be determined.

さらに、上記構成において、差分計算部１３は、角速度値より算出された第１オイラー角を用いているので、オフセット値を精度良く算出することができる。つまり、地磁気センサの出力値（地磁気値）は地磁気が弱いためＳ/Ｎが悪く、これに対し、加速度センサの出力値（加速度値）は重力加速度が大きいためＳ/Ｎが高い。したがって、地磁気値を使わずに加速度値のみを用いたオイラー角にてオフセット値を算出することが望ましい。   Furthermore, in the above configuration, since the difference calculation unit 13 uses the first Euler angle calculated from the angular velocity value, the offset value can be accurately calculated. That is, the output value (geomagnetic value) of the geomagnetic sensor is poor in S / N because the geomagnetism is weak, whereas the output value (acceleration value) of the acceleration sensor is high in S / N because the gravitational acceleration is large. Therefore, it is desirable to calculate the offset value at the Euler angle using only the acceleration value without using the geomagnetic value.

なお、図１においては、オフセット値を設定できるジャイロセンサ２を用いた構成を記載している。しかしながら、そのような機能を有していないジャイロセンサの場合は、オフセット値のフィードバックをマイクロコントローラ１０においてソフト的に行う構成とすればよい。   In addition, in FIG. 1, the structure using the gyro sensor 2 which can set offset value is described. However, in the case of a gyro sensor which does not have such a function, feedback of the offset value may be performed by the microcontroller 10 in a soft manner.

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。 Second Embodiment
Other embodiments of the present invention are described below. In addition, about the member which has the same function as the member demonstrated in the said embodiment for convenience of explanation, the same code | symbol is appended, and the description is not repeated.

図７は、本実施形態に係るオフセット補正装置１’のブロック図である。図７に示すように、オフセット補正装置１’は、マイクロコントローラ１０’が、オフセット値算出部として、差分計算部１３に代えてカルマンフィルタ部１５を備えている。この点が実施形態１のオフセット補正装置１’と相違する。   FIG. 7 is a block diagram of the offset correction device 1 'according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, in the offset correction device 1 ′, the microcontroller 10 ′ includes a Kalman filter unit 15 as an offset value calculation unit, instead of the difference calculation unit 13. This point is different from the offset correction device 1 'of the first embodiment.

（カルマンフィルタ部１５の計算方法）
図８は、カルマンフィルタ部１５の計算方法を示す図である。図８に示すように、カルマンフィルタ部１５は、ジャイロセンサ２の出力値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）から状態方程式を生成し、次に生成した状態方程式と第１オイラー角(roll，pitch，yaw)とを用いて観測方程式を生成し、推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)とオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を計算する。 (Calculation method of the Kalman filter unit 15)
FIG. 8 is a diagram showing a calculation method of the Kalman filter unit 15. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the Kalman filter unit 15 generates a state equation from the output values (Gx, Gy, Gz) of the gyro sensor 2, and then generates the state equation and the first Euler angle (roll, pitch, yaw). To generate an observation equation and calculate estimated Euler angles (roll ′, pitch ′, yaw ′) and offset values (offset_x, offset_y, offset_z).

以下に、カルマンフィルタ部１５におけるＸ軸周り（roll）の計算について説明する。なお、Ｙ軸周り（pitch）、Ｚ軸周り（yaw）についても同様である。   Hereinafter, calculation of the X-axis (roll) in the Kalman filter unit 15 will be described. The same applies to the Y-axis (pitch) and the Z-axis (yaw).

時刻ｔにおける状態ｘｔを下記のように定義する。 The state x t at time t is defined as follows.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

時刻ｔ＋Δｔの状態方程式を下記に示す。下記式中のＱは状態ノイズである。   The equation of state at time t + Δt is shown below. Q in the following formula is a state noise.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

また、観測方程式は下記の通りである。下記式中のＲは観測ノイズである。   The observation equation is as follows. R in the following formula is observation noise.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

カルマンフィルタ部１５の計算を下記に示す。なお、下記式中のＩは単位行列である。   The calculation of the Kalman filter unit 15 is shown below. Here, I in the following formula is a unit matrix.

Figure 2019078560
Figure 2019078560

推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)は、図７のオフセット値更新部１４からジャイロセンサ２へのフィードバックを行わない代わりに、オフセットを考慮したオイラー角として使用することができる。   The estimated Euler angles (roll ', pitch', yaw ') can be used as the Euler angles in consideration of the offset instead of feedback from the offset value update unit 14 of FIG. 7 to the gyro sensor 2.

図９は、オフセット補正装置１’におけるオフセット値補正のフローチャートである。図６のフローチャートにおけるＳ３−Ｓ５に代えて、Ｓ１１、Ｓ１２を実施する。Ｓ１１では、ジャイロセンサ２の出力値（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）から状態方程式を生成する。Ｓ１２では、生成した状態方程式と第１オイラー角(roll，pitch，yaw)とを用いて観測方程式を生成し、推定のオイラー角(roll’，pitch’，yaw’)とオフセット値（offset_x，offset_y，offset_z）を計算する。   FIG. 9 is a flowchart of offset value correction in the offset correction device 1 '. S11 and S12 are performed instead of S3-S5 in the flowchart of FIG. In S11, a state equation is generated from the output values (Gx, Gy, Gz) of the gyro sensor 2. In S12, an observation equation is generated using the generated state equation and the first Euler angle (roll, pitch, yaw), and the estimated Euler angle (roll ', pitch', yaw ') and offset value (offset_x, offset_y) , Offset_z).

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。 Third Embodiment
Other embodiments of the present invention are described below. In addition, about the member which has the same function as the member demonstrated in the said embodiment for convenience of explanation, the same code | symbol is appended, and the description is not repeated.

（歩行者自律航法装置７の構成）
図１０は、本実施形態に係る歩行者自律航法装置７の構成を示す。歩行者自律航法装置７は、ハードウェアとして、ジャイロセンサ２、加速度センサ３、地磁気センサ４、マイクロコントローラ２０を備えている。マイクロコントローラ２０内の処理はソフトウェアで実現されている。マイクロコントローラ２０の内部には、角速度オフセット補正部２１、第２姿勢計算部２２、歩行動作検出部２３、移動方向推定部２４、歩幅推定部２５、座標推定部２６が構築される。 (Configuration of the pedestrian autonomous navigation system 7)
FIG. 10 shows a configuration of the pedestrian autonomous navigation system 7 according to the present embodiment. The pedestrian autonomous navigation system 7 includes a gyro sensor 2, an acceleration sensor 3, a geomagnetic sensor 4, and a microcontroller 20 as hardware. The processing in the microcontroller 20 is realized by software. Inside the microcontroller 20, an angular velocity offset correction unit 21, a second posture calculation unit 22, a walking motion detection unit 23, a movement direction estimation unit 24, a stride estimation unit 25, and a coordinate estimation unit 26 are constructed.

前述した実施形態１、２のオフセット補正装置１，１’におけるマイクロコントローラ１０，１０’の機能は、角速度オフセット補正部２１に備えられている。第２姿勢計算部２２は、角速度オフセット補正部２１にてリアルタイムにオフセット値が補正されるジャイロセンサ２の角速度値を元に、当該歩行者自律航法装置７の姿勢（オイラー角、クォータニオン）を求める。   The functions of the microcontrollers 10 and 10 ′ in the offset correction devices 1 and 1 ′ of the first and second embodiments described above are included in the angular velocity offset correction unit 21. The second attitude calculation unit 22 obtains the attitude (Euler angle, quaternion) of the pedestrian autonomous navigation system 7 based on the angular velocity value of the gyro sensor 2 whose offset value is corrected in real time by the angular velocity offset correction unit 21. .

歩行動作検出部２３は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢とジャイロセンサ２の角速度値より歩行動作を検出する。移動方向推定部２４は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢とジャイロセンサ２から出力される角速度値より歩いていく方向を推定する。   The walking motion detection unit 23 detects the walking motion from the posture obtained by the second posture calculation unit 22 and the angular velocity value of the gyro sensor 2. The movement direction estimation unit 24 estimates the walking direction from the posture obtained by the second posture calculation unit 22 and the angular velocity value output from the gyro sensor 2.

歩幅推定部２５は、第２姿勢計算部２２にて求められた姿勢と加速度センサ３から出力される加速度値より１歩の歩幅を推定する。   The stride estimation unit 25 estimates a stride of one step from the posture obtained by the second posture calculation unit 22 and the acceleration value output from the acceleration sensor 3.

座標推定部２６は、移動方向推定部２４にて推定された歩行方向と歩幅推定部２５にて推定された歩幅から座標を推定し、歩行の軌跡を計算する。   The coordinate estimation unit 26 estimates coordinates from the walking direction estimated by the moving direction estimation unit 24 and the stride estimated by the stride estimation unit 25 and calculates a trajectory of walking.

歩行者自律航法装置７は、スマートフォンやタブレット、ロボット、行動ロガーに搭載される。   The pedestrian autonomous navigation system 7 is mounted on a smartphone, a tablet, a robot, or an action logger.

〔ソフトウェアによる実現例〕
オフセット補正装置１，１’における、差分計算部１３、姿勢計算部１１、静止判定部１２、オフセット値更新部１４、カルマンフィルタ部１５、および歩行者自律航法装置７における、角速度オフセット補正部２１、第２姿勢計算部２２、歩行動作検出部２３、移動方向推定部２４、歩幅推定部２５、座標推定部２６は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。 [Example of software implementation]
The difference calculating unit 13, the attitude calculating unit 11, the stillness determining unit 12, the offset value updating unit 14, the Kalman filter unit 15, and the angular velocity offset correcting unit 21 in the pedestrian autonomous navigation device 7 in the offset correction device 1 or 1 ' 2 posture calculation unit 22, walking motion detection unit 23, movement direction estimation unit 24, stride estimation unit 25, and coordinate estimation unit 26 are realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like It may be realized by software.

後者の場合、オフセット補正装置１，１’、歩行者自律航法装置７は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれた値信号の形態でも実現され得る。   In the latter case, the offset correction devices 1 and 1 'and the pedestrian autonomous navigation device 7 are provided with a computer that executes instructions of a program that is software for realizing each function. The computer includes, for example, at least one processor (control device) and at least one computer readable storage medium storing the program. Then, in the computer, the processor reads the program from the recording medium and executes the program to achieve the object of the present invention. For example, a CPU (Central Processing Unit) can be used as the processor. As the above-mentioned recording medium, a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit or the like can be used besides “a non-temporary tangible medium”, for example, a ROM (Read Only Memory). In addition, a RAM (Random Access Memory) or the like for developing the program may be further provided. The program may be supplied to the computer via any transmission medium (communication network, broadcast wave, etc.) capable of transmitting the program. Note that one aspect of the present invention can also be realized in the form of a value signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、ジャイロセンサ２のオフセット補正装置１、１’であって、加速度センサ３と、地磁気センサ４と、前記加速度センサ３の出力値と前記地磁気センサ４の出力値とを用いて前記ジャイロセンサ２が静止状態であるか否かを判定する静止判定部１２と、前記ジャイロセンサ２の出力値を用いて前記ジャイロセンサ２のオフセット値を算出するオフセット値算出部（差分計算部１３、カルマンフィルタ部１５）と、前記静止判定部１２にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサ２の出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサ２の新たなオフセット値とするオフセット値更新部１４とを備えている。 [Summary]
The offset correction device for the gyro sensor according to aspect 1 of the present invention is the offset correction device 1 or 1 ′ for the gyro sensor 2, and the acceleration sensor 3, the geomagnetic sensor 4, the output value of the acceleration sensor 3, and the geomagnetism Stillness determination unit 12 that determines whether or not the gyro sensor 2 is in a stationary state using an output value of the sensor 4 and an offset value of the gyro sensor 2 is calculated using an output value of the gyro sensor 2 It is calculated by the offset value calculation unit using the offset value calculation unit (difference calculation unit 13, Kalman filter unit 15) and the output value of the gyro sensor 2 determined to be in the stationary state by the stationary state determination unit 12. And an offset value updating unit 14 that sets the offset value as a new offset value of the gyro sensor 2.

上記構成によれば、静止判定部１２は、加速度センサ３の出力値（加速度値）と地磁気センサ４の出力値（地磁気値）とを用いてジャイロセンサ２の静止状態を判定する。加速度値より重力方向の変化を検出することができ、地磁気値より水平方向の変化を検出することができる。重力方向および水平方向共に変化が無い場合、ジャイロセンサ２は静止状態であると判定することができる。   According to the above configuration, the stillness determination unit 12 determines the stillness of the gyro sensor 2 using the output value (acceleration value) of the acceleration sensor 3 and the output value (geomagnetic value) of the geomagnetic sensor 4. Changes in the direction of gravity can be detected from acceleration values, and changes in the horizontal direction can be detected from geomagnetic values. If there is no change in both the gravity direction and the horizontal direction, it can be determined that the gyro sensor 2 is in the stationary state.

オフセット値算出部は、ジャイロセンサ２の出力値を用いてジャイロセンサ２のオフセット値（角速度オフセット値）を算出する。オフセット値更新部１４は、静止判定部１２にて静止状態であると判定されたジャイロセンサ２から出力される角速度値を用いて算出されたオフセット値をジャイロセンサ２の新たなオフセット値としてオフセット値を更新する。   The offset value calculation unit calculates the offset value (angular velocity offset value) of the gyro sensor 2 using the output value of the gyro sensor 2. The offset value updating unit 14 uses the offset value calculated using the angular velocity value output from the gyro sensor 2 determined to be in the stationary state by the stationary state determination unit 12 as the new offset value of the gyro sensor 2. Update

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであり、静止状態のジャイロセンサ２からの出力値を用いてオフセット値を算出できる。   The output value from the stationary state gyro sensor 2 should be zero if there is no offset value, and the offset value can be calculated using the output value from the stationary state gyro sensor 2.

これにより、ジャイロセンサ２の出力値を蓄積することなく、リアルタイムにジャイロセンサ２のオフセット値を補正することができる。   Thus, the offset value of the gyro sensor 2 can be corrected in real time without accumulating the output value of the gyro sensor 2.

本発明の態様２に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様１において、前記オフセット値算出部は、前記ジャイロセンサ２のオイラー角の一定時間の変化量と、前記ジャイロセンサ２の出力値を前記一定時間積分した値との差、を前記一定時間で割った値を前記オフセット値として算出する構成である。   In the offset correction device for a gyro sensor according to aspect 2 of the present invention, in the aspect 1, the offset value calculation unit calculates an amount of change of Euler angle of the gyro sensor 2 for a fixed time and an output value of the gyro sensor 2 A value obtained by dividing the difference between the constant time integrated value and the value obtained by the constant time integration is calculated as the offset value.

静止状態のジャイロセンサ２からの出力値は、オフセット値が存在しなければゼロとなるはずであるが実際にはノイズが含まれており、静止状態のジャイロセンサ２からの出力値＝オフセット値とはならない。上記構成のように、オイラー角の一定時間（Δｔ）の変化量とジャイロセンサ２の出力値を一定時間（Δｔ）積分した値との差をとることで、ノイズ成分を除くことができる。   The output value from the stationary state gyro sensor 2 should be zero if there is no offset value, but actually contains noise, and the output value from the stationary state gyro sensor 2 = offset value It must not be. As in the above configuration, the noise component can be removed by taking the difference between the amount of change of the Euler angle for a fixed time (Δt) and the value obtained by integrating the output value of the gyro sensor 2 for a fixed time (Δt).

また、絶対座標（重力方向上下、東西南北）に対する装置のオイラー角を使用せずにセンサ軸の座標系を使用しているため、上記差を一定時間（Δｔ）で割ることで、ジャイロセンサ２のオフセット値を求めることができる。   In addition, since the coordinate system of the sensor axis is used without using the Euler angles of the device with respect to the absolute coordinates (vertical direction up and down, east and west north and south), the gyro sensor 2 can be obtained by dividing the difference by a fixed time (Δt). The offset value of can be determined.

本発明の態様３に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様１において、前記オフセット値算出部はカルマンフィルタ部１５を有し、前記ジャイロセンサ２から出力される角速度値から状態方程式を生成し、該状態方程式と前記ジャイロセンサ２のオイラー角とを用いて観測方程式を生成し、該観測方程式を用いて前記オフセット値を算出する構成である。   In the offset correction device for a gyro sensor according to aspect 3 of the present invention, in the aspect 1, the offset value calculation unit has a Kalman filter unit 15, and generates a state equation from angular velocity values output from the gyro sensor 2. An observation equation is generated using the state equation and the Euler angle of the gyro sensor 2, and the offset value is calculated using the observation equation.

上記態様２と同様に、ジャイロセンサ２の出力値のノイズ成分を除いてオフセット値を算出できる。   Similar to the second aspect, the offset value can be calculated excluding the noise component of the output value of the gyro sensor 2.

本発明の態様４に係るジャイロセンサのオフセット補正装置は、上記態様２，３において、オフセット値算出部は、前記加速度センサ３の出力値を用いて前記ジャイロセンサ２のオイラー角を算出する構成である。   In the offset correction device for a gyro sensor according to a fourth aspect of the present invention, in the second and third aspects, the offset value calculation unit calculates an Euler angle of the gyro sensor 2 using an output value of the acceleration sensor 3. is there.

地磁気センサ４の出力値（地磁気値）は地磁気が弱いためＳ/Ｎが悪い。これに対し、加速度センサ３の出力値（加速度値）は重力加速度が大きいためＳ/Ｎが高い。上記構成によれば、地磁気センサ４の出力値は使わずに加速度センサ３の出力値のみをオイラー角の計算に使用しているので、オフセット値を精度良く算出することができる。   The output value of the geomagnetic sensor 4 (geomagnetic value) is poor in S / N because the geomagnetism is weak. On the other hand, the output value (acceleration value) of the acceleration sensor 3 has a high S / N because the gravitational acceleration is large. According to the above configuration, only the output value of the acceleration sensor 3 is used for the calculation of the Euler angle without using the output value of the geomagnetic sensor 4, it is possible to calculate the offset value with high accuracy.

本発明の態様５に係る歩行者自律航法装置は、上記態様１から４のジャイロセンサのオフセット補正装置を備える構成である。   A pedestrian autonomous navigation system according to aspect 5 of the present invention is configured to include the offset correction device for the gyro sensor according to aspects 1 to 4 above.

上記構成によれば、リアルタイムで角速度オフセット値を補正できるため、携帯型省電力の歩行者自立航法装置を実現できる。   According to the above configuration, since the angular velocity offset value can be corrected in real time, it is possible to realize a portable power saving pedestrian autonomous navigation device.

本発明の各態様に係るオフセット補正装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記オフセット補正装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記オフセット補正装置をコンピュータにて実現させるオフセット補正装置のオフセット補正プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。   The offset correction device according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the computer is operated as each unit (software element) included in the offset correction device to cause the computer to execute the offset correction device. An offset correction program of an offset correction apparatus to be realized and a computer readable recording medium recording the same also fall within the scope of the present invention.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.

１、１’ オフセット補正装置
２ ジャイロセンサ
３ 加速度センサ
４ 地磁気センサ
７ 歩行者自律航法装置
１０、１０’、２０ マイクロコントローラ
１１ 姿勢計算部
１２ 静止判定部
１３ 差分計算部（オフセット値算出部）
１４ オフセット値更新部
１５ カルマンフィルタ部（オフセット値算出部）
２１ 角速度オフセット補正部
２２ 第２姿勢計算部
２３ 歩行動作検出部
２４ 移動方向推定部
２５ 歩幅推定部
２６ 座標推定部 1, 1 'Offset correction device 2 Gyro sensor 3 Acceleration sensor 4 Geomagnetic sensor 7 Pedestrian autonomous navigation device 10, 10', 20 Micro controller 11 Posture calculation unit 12 Rest determination unit 13 Difference calculation unit (Offset value calculation unit)
14 Offset value update unit 15 Kalman filter unit (offset value calculation unit)
21 angular velocity offset correction unit 22 second posture calculation unit 23 walking motion detection unit 24 movement direction estimation unit 25 stride estimation unit 26 coordinate estimation unit

Claims (7)

ジャイロセンサのオフセット補正装置であって、
加速度センサと、
地磁気センサと、
前記加速度センサの出力値と前記地磁気センサの出力値とを用いて前記ジャイロセンサが静止状態であるか否かを判定する静止判定部と、
前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
前記静止判定部にて静止状態であると判定された前記ジャイロセンサの出力値を用いて前記オフセット値算出部にて算出されたオフセット値を前記ジャイロセンサの新たなオフセット値とするオフセット値更新部と
を備えることを特徴とするオフセット補正装置。 A gyro sensor offset correction device,
An acceleration sensor,
Geomagnetic sensor,
A rest determination unit that determines whether the gyro sensor is in a rest state using the output value of the acceleration sensor and the output value of the geomagnetic sensor;
An offset value calculation unit that calculates an offset value of the gyro sensor using an output value of the gyro sensor;
Offset value update unit for setting the offset value calculated by the offset value calculation unit using the output value of the gyro sensor determined to be in the stationary state by the stillness determination unit as a new offset value of the gyro sensor And an offset correction device. 前記オフセット値算出部は、前記ジャイロセンサのオイラー角の一定時間の変化量と、前記ジャイロセンサの出力値を前記一定時間積分した値との差、を前記一定時間で割った値を前記オフセット値として算出することを特徴とする請求項１に記載のオフセット補正装置。   The offset value calculation unit is a value obtained by dividing a difference between a constant time change amount of the Euler angle of the gyro sensor and a value obtained by integrating the output value of the gyro sensor for the predetermined time by the predetermined time. The offset correction device according to claim 1, wherein the offset correction device is calculated as: 前記オフセット値算出部はカルマンフィルタ部を有し、前記ジャイロセンサから出力される角速度値から状態方程式を生成し、該状態方程式と前記ジャイロセンサのオイラー角とを用いて観測方程式を生成し、該観測方程式を用いて前記オフセット値を算出することを特徴とする請求項１に記載のオフセット補正装置。   The offset value calculation unit has a Kalman filter unit, generates a state equation from the angular velocity value output from the gyro sensor, generates an observation equation using the state equation and the Euler angle of the gyro sensor, and the observation The offset correction device according to claim 1, wherein the offset value is calculated using an equation. オフセット値算出部は、前記加速度センサの出力値を用いて前記ジャイロセンサのオイラー角を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載のオフセット補正装置。   The offset correction device according to claim 2, wherein the offset value calculation unit calculates an Euler angle of the gyro sensor using an output value of the acceleration sensor. 請求項１から４の何れか１項に記載のジャイロセンサのオフセット補正装置を備えることを特徴とする歩行者自律航法装置。   A pedestrian autonomous navigation system comprising the gyro sensor offset correction device according to any one of claims 1 to 4. 請求項１から４の何れか１項に記載のジャイロセンサのオフセット補正装置としてコンピュータを機能させるためのオフセット補正プログラムであって、上記静止判定部、上記オフセット値算出部および上記オフセット値更新部としてコンピュータを機能させるためのオフセット補正プログラム。   An offset correction program for causing a computer to function as an offset correction device for a gyro sensor according to any one of claims 1 to 4, comprising: the stillness determination unit, the offset value calculation unit, and the offset value update unit Offset correction program to make the computer work. 請求項６に記載のオフセット補正プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   The computer-readable recording medium which recorded the offset correction program of Claim 6.
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